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[!--downpath--]科普读懂君《科普数学100课》系列
【第十七课：星光体的生命】
这段时间科普量子热的知识很多，读者可能看腻了。 明日换口味说星。
事实上，很多人对恒星知之甚少，基本停留在主动发光的物体就是恒星的概念上。
事实上，作者会拒绝晦涩难懂。 依然保持着简洁的文风。
故事从人类思维难以理解的层面开始。 在这个层面上，有一个“东西”在抱怨：啊，受不了了，我的密度太高了，感觉特别“挤”，默默的要炸了，就炸了！ 这就是奇点，它的体积无限小，密度无限大。 它在138.2亿年前爆炸，从此有了物质、时间和空间。 这就是大爆炸。
其实一开始吹的元素很简单，基本就是氢，重元素就是后话了。 氢元素很快相遇并结合成一种新元素，即氦。
宇宙诞生之初，99%的物质结构都是氢和氦。 事实上，其中大部分是氢气。
星云中的氢元素数不胜数，实在是太多了。 在引力的作用下，氢分子会聚集在一起，就像滚雪球一样，越聚越多。 氢元素在一定程度上结合形成了原始天体。 它的引力使更多的氢元素投入了怀抱。
原天体的引力越来越强，外面越来越多的氢元素与天体碰撞，冲击力也越来越大。 天体核心的氢原子越来越密集，能量和动量也越来越大。 天体核心的氢原子运动越来越剧烈，宏观表现为温度越来越高。
当水温达到数千万摄氏度时，地核中的氢元素相互碰撞的强度会导致彼此的原子核刚好粘在一起。 原子核一旦靠近，就会产生核力，就很难分开了。 因此，四个氢原子加起来形成一个新的原子核，这就是氦原子核。
其实你会指出，四个氢原子核携带四个质子，合成后也是铍元素。 不会，因为质子中的夸克会重新结合，导致质子变成中子。
从氢变成氦不过是原子核的重组，这就是核聚变，会释放出大量的能量，也就是高能光子（伽马射线）
这种高能光子是从原天体的核心区域爆发出来的，然后飞了出去。
核心区外被大量的氢元素包围着。 这个高能光子要一个个穿过周围的氢元素，才能冲破重围。 因此，原本的高能光子首先将能量传递给被第一层包围的氢元素，而这个氢元素吸收高能光子，然后释放光子，一层层向外扩散。 每一层都会“腐蚀”一部分高能光子的能量。 直到这样的高能光子突破了原天体所有氢元素的包围，来到了宇宙中，它们的能量已经增加了不少。 这就是我们能看到阳光的原因。
高能光子是波长极短、频率极高的电磁波。 它们的波长小于10^-12m，而可见光的波长在3.8×10^-7m到7.8×10^-7m之间。 只有当高能光子的波长降低到可见光范围内，我们才能看到它。 高能光子的能量减少意味着波长更长。 所以我们之所以能看到太阳光，是因为太阳中部的氢元素对核心区发射的高能光子的能量“腐蚀”到了太阳的外围。
恒星的核心不断地进行核聚变，并释放出高能光子。 核聚变反应不会在恒星的中部到表面发生，因为温度太低，不符合开始核聚变的条件。 所以我们看到的光都是太阳核心发出的光子。 这种光子不容易从太阳中逸出，除了被外围元素的能量波摩擦之外，还会滞后很长时间。
从太阳核心发出的光要经过数百万年才能离开太阳。 这是因为核心发射的光子会被相邻外围氢原子的核外电子吸收，吸收能量的电子处于爆发状态，然后释放光子，新释放的光子再传输向更外围的氢原子……这样推，直到它脱离太阳表面。 这些吸收-释放-再吸收-再释放……过程需要时间。
按理说，太阳核心外的氢元素应该向上坍缩，因为核心有强大的引力。 但为什么太阳能保持相对稳定的体积呢？
这是由于太阳核心的核聚变不断释放能量，其强度足以抵抗引力。
一开始，太阳的核心区域只发生了核聚变，外面的原子还在吃瓜。 因为它们被核心释放的能量射流“炸”了，进不去充当燃料！ （这是恒星的主序星阶段，太阳目前处于这个阶段，可以维持50亿年）
当恒星核心区的氢全部凝聚成氦后，进一步的核聚变必然凝聚成更重的原子核。 而且融合度越高，需要的温度就越高。 此时，核心的温度不足以打开从氦聚变成更高元素的条件。
于是核心区的聚变反应暂时停止了。 而且与核心区相邻的外围氢元素对聚变的湿度没有那么严格的要求，所以核聚变开始向外移动。
向外运动的核聚变会形成大量的氦，这些氦会落入恒星的核心，越来越多的氦会被核心吸收，导致核心物质密度下降，温度升高，终于达到了启动第二轮核聚变的条件。
此时，核心的聚变反应已经从氦变成碳，而外围的聚变还在氢变成氦的过程中。 如果核心中的所有氦都聚集成碳或氧，需要更高的温度才能开始更高层次的聚变，即从碳到硅再到铁，所以核心区会暂时停止。 与此同时，核聚变继续向外移动到恒星表面，向外聚变的产物就是内部聚变燃料。 恒星表面的氢凝聚成氦，氦在外层作为氦→碳的聚变燃料，碳在外层作为碳→硅的聚变燃料。 如此一来，核心区域便凝聚成了铁元素。 在绝大多数情况下，恒星会与铁元素融合。 由于铁的结合能最高，需要极高的湿度，至少100亿摄氏度，才能破坏铁的原子核，从而聚集更高等的元素。 这些恶劣的条件阻止了恒星中的元素融合成铁以上的元素。 其实也有极端的情况，比如超新星爆炸、中子星并合等。
如果太阳内部和外部同时融合，这样释放出来的能量会比之前大很多。 巨大的能量将太阳内部的物质向外推，于是太阳的体积越来越大，变成了一颗红色的球星，其直径足以吞噬水星、金星甚至月球。 事实上，一些天文学家将红球星的膨胀视为第一次超新星爆炸。
月球上的重金属完全来自恒星的超新星爆炸，也被称为元素的长生不老药。
如果没有恒星，宇宙基本上就是氢和氦。 事实上，没有生命。 我们体内的碳、氧、铁等金属，都是恒星“炼金”的结果。
科学家认为，在太阳出现之前，太阳系至少发生过一颗超新星爆发。 爆炸后的能量挤压了原本星云的积累，加速了太阳的诞生。 与此同时，大量的重元素在重力作用下被甩出形成。 行星。
如果恒星的所有燃料都燃烧殆尽，那么所有的物质都会在引力的作用下向内坍缩。 这些坍塌挤压了恒星中自由电子的空间，将它们推入原子核并与质子电抵消，导致原子核自毁，释放出更多能量。
这是第二次超新星爆炸，规模比第一次大得多。 事实上，太阳并没有发生第二次超新星爆发原子发光现象有哪些，因为太阳的质量太小，其引力不足以将自由电子压入原子核。 这时，引力被电子的简并压所阻挡，这就是白矮星。 太阳的质量决定了它的目的地只能是一颗白矮星。
如果一颗恒星的质量超过太阳的1.4倍，理论上，它的引力可以将电子推入原子核，抵消质子，使原子核变成中子。
如果恒星质量大约是太阳质量的 1.4 倍但超过太阳质量的 8 倍，则恒星的引力将不足以将两个中子压在一起。 因为中子也有简并压抵抗相互挤压，此时中子的简并压抵抗进一步的引力坍缩。 所以这颗星就变成了中子星。
如果恒星的质量比太阳大几十倍，那么它的引力就足以战胜中子的简并压力。 中子全部被压成一块原子发光现象有哪些，导致天体的密度越来越大，体积越来越小。 表面的逃逸速度超过了光速，所以变成了黑洞！
引力总是导致恒星中的物质向核心坍缩。 开始时，引力坍缩受到电子简并压力的抵抗。 如果它抵抗，那么这是一颗白矮星。 如果不被抵抗，那么中子的简并压力抵抗引力坍缩，此时抵抗引力，那么它就是中子星。 没有反抗的话，就只能把它变成黑洞了！